化工原理課程設(shè)計(jì)(水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì))

(圓滿版)化工原理課程設(shè)計(jì)(水吸取氨填料吸取塔設(shè)計(jì))(正式版)(圓滿版)化工原理課程設(shè)計(jì)(水吸取氨填料吸取塔設(shè)計(jì))(正式版)18/18(圓滿版)化工原理課程設(shè)計(jì)(水吸取氨填料吸取塔設(shè)計(jì))(正式版)《化工原理》課程設(shè)計(jì)水吸取氨氣過程填料塔的設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)制藥工程班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2013年1月15日目錄任?????????????????????????????4第一前言3填料塔的有關(guān)介4塔內(nèi)填料的有關(guān)介!不決。第二填料塔主體方案的確定5裝置流程的確定5吸取的5填料的型與7液相物性數(shù)據(jù)6氣相物性數(shù)據(jù)8氣液相平衡數(shù)據(jù)7物料橫算7第三填料塔工尺寸的算83.1塔徑的算83.2填料高度的算及分段9元數(shù)的算10元高度的算10填料的分段11第四填料降的算12第五填料塔內(nèi)件的型及.13第六填料塔液體分布器的要13參照文件15本的述及心得15附表：附表1填料塔果一表15附表2填料塔數(shù)據(jù)一15附件一：塔流程172設(shè)計(jì)任務(wù)書(一)、設(shè)計(jì)題目：水吸取氨氣過程填料吸取塔的設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一座填料吸取塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；祀s氣體的辦理量為7500m3/h，其中含氨氣為5％（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于％（體積分?jǐn)?shù)）。采用清水進(jìn)行吸取，吸取劑的用量為最小用量的1.5倍。(二)、操作條件1）操作壓力常壓2）操作溫度20℃.(三)填料種類采用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。(四)工作日每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行。(五)廠址廠址為衡陽(yáng)地區(qū)(六)設(shè)計(jì)內(nèi)容吸取塔的物料衡算；吸取塔的工藝尺寸計(jì)算；填料層壓降的計(jì)算；液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)吸取塔接收尺寸計(jì)算；繪制吸取塔設(shè)計(jì)條件圖；對(duì)設(shè)計(jì)過程的討論和有關(guān)問題的討論。(七)操作條件20℃氨氣在水中的溶解度系數(shù)為H＝（m3?kPa）?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)第一節(jié)前言1.1填料塔的有關(guān)介紹填料塔沖洗吸取凈化工藝不僅應(yīng)用在化工領(lǐng)域,在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實(shí)踐表示,合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計(jì),是保證凈化奏效的前提。本文簡(jiǎn)述聚丙烯階梯填料應(yīng)用于水吸取氨過程的工藝設(shè)計(jì)以及工程問題。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。填料塔的主體結(jié)構(gòu)以以以以下圖所示：氣體捕沫器液體填料壓板塔殼填料填料支承板液體再分布器填料壓板填料支承板氣體液體圖1填料塔結(jié)構(gòu)圖填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體經(jīng)過填料層的壓降較小，易于用耐腐化資料制造，因此它特別適用于辦理量小、有腐化性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，因此填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)填料的有關(guān)介紹聚丙烯材質(zhì)填料作為塔填料的重要一類，在化工上應(yīng)用較為廣泛，與其他材質(zhì)的填料比較，聚丙烯填料擁有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但其明顯的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差。研究表示，聚丙烯填料的有效潤(rùn)濕面積僅為同類規(guī)格陶瓷填料4化工原理課程設(shè)計(jì)40%，由于聚丙烯填料表面潤(rùn)濕性能差，故傳質(zhì)效率較低，使應(yīng)用碰到必定的限制.聚丙烯階梯環(huán)填料為外徑是高度的兩倍的圓環(huán),在側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗孔,并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連,另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎,形成內(nèi)伸的舌葉,各舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率,氣流阻力小,液體分布平均。階梯環(huán)與鮑爾環(huán)比較,其高度減少了一半,并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。聚丙烯階梯環(huán)的結(jié)構(gòu)圖以下：圖2聚丙烯階梯環(huán)結(jié)構(gòu)圖第二節(jié)精餾塔主體設(shè)計(jì)方案的確定裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分別效率高，吸取劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。吸取劑的選擇由于用水做吸取劑，故采用純?nèi)軇１?工業(yè)常用吸取劑溶質(zhì)溶劑溶質(zhì)溶劑氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氫水二氧化碳水、堿液二氧化硫水硫化氫堿液、有機(jī)溶劑苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳銅氨液5化工原理課程設(shè)計(jì)2.3填料的種類與選擇填料的種類很多，依照裝填方式的不同樣樣樣，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。本次采用散裝填料。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn50\Dn76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分別效率越高，但阻力增加，通量減小，填料開支也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分別效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。常用填料塔徑與填料公稱直徑比值D/d的介紹值列于下表。表2：常用填料的D/d的介紹值填料種類D/d的介紹值拉西環(huán)D/d20~30鞍形環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d10~15階梯環(huán)D/d>8環(huán)矩鞍D/d>8工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。聚丙烯階梯環(huán)即為塑料類填料。聚丙烯填料在低溫（低于0度）時(shí)擁有冷脆性，在低于0度的條件下使用要慎重，可選耐低溫性能優(yōu)異的聚氯乙烯填料。本方案采用聚丙烯階梯環(huán)作為填料設(shè)計(jì)填料塔，規(guī)格為50mm×25mm×1.5mm，其主要參數(shù)以下：表3：聚丙烯階梯環(huán)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)填料種類公稱直徑外徑×高/壁厚比表面積空隙率/%個(gè)數(shù)齊集密度干填料因DN/mma（tm2/m3）n/m-3（kg/m3）子m-1塑料階梯環(huán)5050×25×1074054081432.4液相物性數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸取過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得20℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)以下：1.L998.2kg/m32.黏度：L0.001pa?s3.6kg/(m?h)6化工原理課程設(shè)計(jì)3.表面張力為:z72.6dyn/cm940896kg/h220CNH3:H0.725kmol/m3kpa5.20CNH3:DL7.34106m2/h6.20CNH3:DV22/h2.5氣相物性數(shù)據(jù)混雜氣體的平均摩爾質(zhì)量為:Mvmyimi(2-1)混雜氣體的平均密度為：由PMVM3(2-2)vm8.314293RTmm3KPa/(kmolK)3.混雜氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20C時(shí)，空氣的黏度1.81105pas6516105kg/(mh)注：1N1kgm/s21Pa1N/m21kg/(s2?m)1Pa?s=1kg/（m?s）2.6氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下，200C時(shí)，NH3在水中的亨利系數(shù)為200C時(shí),NH3在水中的溶解度相平衡常數(shù)：mE(2-3)PHL998.2/(76.318.02)(2-4)溶解度系數(shù):EMS0.726kmol/kPam32.7物料衡算1.進(jìn)塔氣相摩爾比為y1(2-5)Y11y1出塔氣相摩爾比為Y2Y1(1A)(2-6)7化工原理課程設(shè)計(jì)3.進(jìn)塔惰性氣體流量:V7500273(10.05)296.383kmolh(2-7)27320由于該吸取過程為低濃度吸取，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算。即：LY1Y2(2-8)VY1/mX2min由于是純?nèi)軇┪∵^程，進(jìn)塔液相組成X20因此LY1Y2VminY1X2m選擇操作液氣比為L(zhǎng)L（2-9）VVmin吸取劑用量：×由于V(Y1-Y2)=L(X1-X2)故X1第三節(jié)填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料層高度的計(jì)算及分段塔徑的計(jì)算空塔氣速的確定——泛點(diǎn)氣速法關(guān)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值u/uf依照貝恩（Bain）—霍根（Hougen）關(guān)系式，即：uF2at1418lgV=A-KwLV（3-1）g3LwVLLuF211114025791.59241.18368即：lg[(3)0.001]解得：uF=其中：uF——泛點(diǎn)氣速，m/s;g——重力加速度，28化工原理課程設(shè)計(jì)at填料總比表面積，m2/m3填料層空隙率m3/m3998.2kg/m3液相密度。3氣相密度WL=5791.592㎏/hWV；K=1.75；取u/uFu4V475000.6569m（3-2）Du3600圓整塔徑后1.泛點(diǎn)速率校核：u75005.416m/s23600uuFu在贊成范圍內(nèi)uF依照填料規(guī)格校核：D/d=700/50=14>8，依照表2可知符合要求液體噴淋密度的校核：填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量。最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊的最小液體體積流量。關(guān)于直徑不高出75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率Lwmin為3/(mh)。UminLwminat3/(m2h)（3-3）UwLD223/(m2h)L（3-4）經(jīng)過以上校驗(yàn)，填料塔直徑設(shè)計(jì)為D=700mm合理。填料層高度的計(jì)算及分段9化工原理課程設(shè)計(jì)Y1*mX1（3-5）Y2*mX20（3-6）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)NOGY1Y2（3-7）YMYY*(YY*)YM1122（3-8）lnY1Y1*Y2Y2*=ln則：NOG傳質(zhì)質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)系式計(jì)算：aw2cUL2ULatat1expatLL2gUL/LLat（3-9）L即：aw/at則a液體質(zhì)量通量為：UL=5791.592/(0.785×2㎡?h))=15056.78kg/(氣體質(zhì)量通量為：uV=8861.415/(0.785×2㎡?h))=23037.61kg/(氣膜吸取系數(shù)由下式計(jì)算：1kG0.237(UV)v3atDV（3-10）atvvDVRT代入數(shù)據(jù)解得：kG=0.2197m/s液膜吸取數(shù)據(jù)由下式計(jì)算：10化工原理課程設(shè)計(jì)211KL0.0095UL3L2Lg3(3-11）awLLDLL代入數(shù)據(jù)解得：KL=0.6137m/s查表可知，KGaKGaW0.2197×46.387×KLaKLaW=0.6137×46.387×由于：uuF

=15.34kmol/(m3?h?kPa)（3-12）=33.03kmol/(m3?h?kPa)(3-13）因此需要用以下式進(jìn)行校正：ukG'a1kGauF代入數(shù)據(jù)解得：kG'3?h?kPa)a=22.92kmol/(mukL'a1kLauF代入數(shù)據(jù)解得：kL'3?h?kPa)akmol/(mKGa111kG'aHkL'a代入數(shù)據(jù)解得：KGa=12.21kmol/(m3?h?kPa)

（3-14）（3-15）（3-16）HOG

VVKGaKGaP

（3-17）代入數(shù)據(jù)解得：HOG=0.623mHOGNOG×m取上下活動(dòng)系數(shù)為1.5，Z'=1.5×4.317=6.476m填料層的分段關(guān)于階梯環(huán)散裝填料的分段高度介紹值為h/D=8~15。h=8×700～15×～m計(jì)算得填料層高度為7m，，故不需分段

（3-18）11化工原理課程設(shè)計(jì)第四節(jié)填料層壓降的計(jì)算依照Eckert圖(通用壓降關(guān)系圖)，將操作氣速u代替縱坐標(biāo)中的uF查表，Dn50mm聚丙烯階梯環(huán)的壓降填料因子＝143代替縱坐標(biāo)中的p．則縱標(biāo)值為：uF2P?V?L(3-19)gL橫坐標(biāo)為：WLV(3-20)WVL圖3：通用壓降關(guān)系圖查圖得：P150×9.81=1471.5Pa/m(3-21)Z:全塔填料層壓降P=1471.5×7=10300.5Pa至此，吸取塔的物料衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。12化工原理課程設(shè)計(jì)第五節(jié)填料塔液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)液體分布器設(shè)計(jì)的基本要求：（1）液體分布平均；（2）操作彈性大；（3）自由截面積大；（4）其他本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可采用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。分布點(diǎn)密度計(jì)算2按Eckert建議值,D=700mm時(shí),噴淋點(diǎn)密度為265點(diǎn)/m。本設(shè)計(jì)的塔徑為700mm，依照需要取噴淋點(diǎn)密度為265點(diǎn)/m2布液點(diǎn)數(shù)為：×0.72×≈102點(diǎn)第六節(jié)吸取塔的主要接收尺寸的計(jì)算6.1氣體進(jìn)料管由于常壓下塔氣體進(jìn)出口管氣速可取12～20m/s，故若取氣體進(jìn)出口流速近似為18m/s，則由公式qVd2u可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為44qV7500/3600du0.78519采用直管進(jìn)料，由附表查得選擇402mm9mm熱軋無縫鋼管，則4qV7500/360018.0m/s（在符合范圍內(nèi)）u'22)2d氣體進(jìn)出口壓降:進(jìn)口：p11u212191.6Pa22出口：p20.51u20.51295.8Pa22液體進(jìn)料管由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取1-3m/s，故若取液體進(jìn)出口流速近似為，則由公式qVd2u可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為413化工原理課程設(shè)計(jì)4qVd3600u采用直管進(jìn)料，由附表查得選擇38mm4mm熱軋無縫鋼管，則4qV5791.6/(998.23600)2.28m/s（在符合范圍內(nèi)）u'22)2d參照文件夏清.化工原理（下）[M].天津:天津大學(xué)初版社,2005.賈紹義,柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì)[M].天津:天津大學(xué)初版社,2002.華南理工大學(xué)化工原理教研室著．化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M]．廣州:華南理工大學(xué)初版社,1986.周軍.張秋利化工AutoCAD制圖應(yīng)用基礎(chǔ)。北京.化學(xué)工業(yè)初版社。對(duì)本設(shè)計(jì)的討論及心得經(jīng)過了幾天時(shí)間的努力，終于完成了此次的化工原理課程設(shè)計(jì)，現(xiàn)將在此過程中的一些心得述及以下：在過去的一年里，我們學(xué)習(xí)了《化工原理》這一門課程?！痘ぴ怼肥腔瘜W(xué)類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的內(nèi)容是表達(dá)化工單元操作的基根源理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作性能和設(shè)計(jì)計(jì)算?；卧僮魇墙M成各種化工生產(chǎn)過程、完成必定加工目的的基本過程，其特點(diǎn)是化工生產(chǎn)過程中以物理變化為主，包括流體流動(dòng)過程、傳熱過程和傳質(zhì)過程。在這里面，我們主要學(xué)習(xí)了流體輸送、流體流動(dòng)、機(jī)械分別、傳熱、傳質(zhì)過程導(dǎo)論、吸取、蒸餾、氣-液傳質(zhì)設(shè)備，以及干燥等。此次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸取氨過程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸取中填料塔的設(shè)計(jì)。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，壓降低，填料易用耐腐化資料制造等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過此次的課程設(shè)計(jì)，讓我從中領(lǐng)悟到很多。課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必定經(jīng)過的一個(gè)過程，經(jīng)過課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們立刻來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下牢固的基礎(chǔ)！為此，我感覺能圓滿完成此次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，給我?guī)砹撕艽蟮男判?，讓我?duì)自己的將來充滿了自信！將來必定是美好的14化工原理課程設(shè)計(jì)附表：附表1填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表塔徑0.7m填料層高度7m填料規(guī)格Dn50m